Wendelstein 7-X beweist: Fusionsreaktoren sind keine Science-Fiction

An Fusionsreaktoren arbeiten Wissenschaftler schon seit den 1960er Jahren. Potenziell bietet die Technologie das Potenzial, die Welt preiswert, sicher und klimafreundlich mit Energie zu versorgen. Allerdings sind die zu meisternden technischen Hürden extrem hoch. Außerdem traten im Laufe der Forschungsarbeit wiederholt unerwartete physikalische Phänomene auf. Hinzu kommt, dass es auch innerhalb der Fusionsreaktoren noch einmal verschiedene Ansätze gibt. Am bekanntesten ist das sogenannte Tokamak-Prinzip. Dieses wird unter anderem im Rahmen des ITER Fusionsreaktorexperiments in Frankreich erprobt. Aktuellen Planungen zufolge soll die Anlage im Jahr 2025 fertiggestellt werden. Alternativ können aber auch sogenannte Stellaratoren genutzt werden. Dieser Ansatz wird unter anderem in der Experimentieranlage Wendelstein 7-X in Greifswald erprobt. Das Ziel ist allerdings noch nicht, eine marktreife Anlage zu entwickeln. Stattdessen sollen die physikalischen Grundlagen erprobt werden, um dann zu sehen, ob Stellaratoren überhaupt für den Bau von Kraftwerken geeignet sind.

Der Wendelstein7-X während der Konstruktion im Jahr 2012. By Abteilung Öffentlichkeitsarbeit (Max-Planck Institut für Plasmaphysik) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Ein speziell entworfenes Magnetfeld reduziert die Verluste

Grundsätzlich haben diese den Nachteil eines sehr hohen Energie- und Teilchenverlust. Fachleute sprechen von sogenannten neoklassischen Verlusten. Diese fallen bei klassischen Stellaratoren so hoch aus, dass entweder erst gar kein Fusionsfeuer gezündet werden kann oder die Verluste höher sind als die anfallende Heizleistung. Beides würde einen sinnvollen Betrieb des Fusionsreaktors verhindern. In Greifswald kommt daher ein spezielles Magnetfeld zum Einsatz, das die Verluste minimieren soll. Ein Großteil der Arbeit wurde dabei bereits im Vorfeld erledigt. Denn es war komplexe Theorie- und Rechenarbeit nötig, um das konkret benötigte Magnetfeld zu berechnen. Wendelstein 7-X dient nun dazu, diese Annahmen in der Praxis zu überprüfen. Genau dies geschah bereits im Jahr 2018 als der Versuchsreaktor neue Rekordwerte in Sachen Dichte, Energiegehalt des Plasmas und Entladungsdauer erreichte. Nun haben die Experten des Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) die damals durchgeführten Experimente noch einmal im Detail analysiert und einen wissenschaftlichen Aufsatz publiziert.

Die Ergebnisse müssen noch im Dauerbetrieb bestätigt werden

Das Ergebnis: Der Energieverlust konnte in dem optimierten Magnetfeld wie geplant reduziert werden. Damit wäre die theoretische Grundlage für den Betrieb eines Fusionsreaktors auf Basis von Stellaratoren bewiesen. Nun muss allerdings noch geschaut werden, ob sich die Ergebnisse auch bei länger andauernden Plasmaphasen bestätigen. Deshalb erhält der Versuchsreaktor eine wassergekühlte Wandverkleidung, um den dauerhaften Betrieb zu ermöglichen. Nach und nach sollen dann immer länger anhaltende Plasmen erzeugt werden. Als mittelfristiges Ziel gilt die Marke von dreißig Minuten. Sollte es auch hier gelingen, die neoklassischen Verluste erfolgreich zu minimieren, wäre dies ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einem funktionsfähigen Fusionsreaktor. Die Geschichte der Technologie hat aber gezeigt, dass durchaus noch einige Fallstricke auftauchen können. So ist aktuell noch völlig unklar, ob Fusionsreaktoren überhaupt mal eine wichtige Rolle bei der Energieversorgung spielen werden. Und falls ja, welche der beiden Ansätze sich dabei durchsetzen wird.

Via: Nature